便携式煤质分析仪的分析与设计

1摘要由于现在不法分子对煤质掺假的各种手法与各个需及时测得煤质的地方的需求，因此及时而又准确的检测煤质既是众多用煤大户急需解决的问题，也是众多工业仪器制造厂家能否立足于竞争市场的一个关键因素。但当前便携式煤质灰分分析仪的测试不便、低精度与辐射危害性，对企业的生产造成了很大的影响。经过查阅大量国内外文献，发现目前市面上的便携式煤质分析仪大多利用γ射线、红外光谱分析、激光感生等新的测试方法，虽然测试时间短，但在测试原理上仍不成熟，测试结果不稳定、波动大，可靠性差，还有辐射危害；而传统煤质检测技术，如热分析技术，虽然能保证测试精度，但测试时间长，且此类仪器大多体积庞大，不便携带。由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的叩扣:二二壹五八玖一壹五一为了保证测试结果的稳定性和准确性，本论文所研究的仪器采用应用最广的热重分析技术。在快速检测上，提出了一种基于国家标准GB/T212-2008的简化测试工艺方案；省却降温时段，在81515℃条件下进行试样称量，简化测试步骤。其次，为了提高多试样检测效率，根据煤质热解特性和GB/T212-2008标准,提出了一种新型煤质分析仪设计方案，其加热炉膛为单炉膛结构，可能够实现多试样的同时检测；由于传统加热炉采用的是电阻丝加热，升温时间长和能源成本高，不便与快速测试，因此本文采用磁控管微波加热，以减少升温时间和加热时间。文章最后就新型便携式煤质快速分析仪器的架构设计和工艺流程作了详细的阐述和详细说明。本论文的意义在于提出了一种不同于现在市面上有的新型便携式快速分析仪器的设计方案。由于煤质工业分析的复杂性，本论文选灰分做为测试煤质的重要参数。关键词：便携性；微波加热；热重分析；架构设计2ABSTRACTNowduetoillegalcoaladulteratedvariousmeansandeachneedtimelymeasuredcoalplaceneedstimelyandaccuratedetection,somanylargecoalcoalqualityistheurgentproblemneededtobesolved,butalsomanyindustrialequipmentmanufacturerscanbebasedoncompetitivemarketakeyfactor.Butthecurrentportablecoalashanalyzertestinconvenienceandsafety,totheproductionoftheenterprisehaveagreatimpacton.Afterconsultingalargenumberofdomesticandforeignliterature,foundthatthecurrentmarketofportablecoalqualityanalyzerareusinggammaray,infraredspectrumanalysis,laserinducedandnewtestingmethods,althoughthetesttimeisshort,butinthetestprincipleisstillnotmature,thetestresultsnotstable,fluctuation,poorreliability,andradiationhazards;andtraditionalcoalqualitydetectiontechnology,suchasthermalanalysistechnology,althoughcanensuretheprecision,butthelongtestingtime,andsuchinstrumentsarebulky,inconvenienttocarry.Inordertoensurethestabilityandaccuracyofthetestresults,thepaperstudiesontheinstrumentusingthemostwidelyusedthermogravimetricanalysistechnique.Intherapiddetectionof,proposedonekindbasedonthenationalstandardGB/T212-2008simplifythetestingprocess;savecoolingslots,athigherthanroomtemperatureundertheconditionsoftheweighing,simplifiedtestprocedure.Secondly,inordertoimprovetheefficiencyofmultiplesamples,accordingtothecoalpyrolysischaracteristicsandGB/T212-2008standard,putforwardakindofnewtypecoalqualityanalyzerdesign,theheatingfurnaceisasinglehearthstructure,canrealizethemultisamplewhiletesting;andduetothetraditionalheatingfurnaceusingresistancewireheating,ashingtimeislongandthecostofenergyhigh,sothispaper,microwaveheating,reducetheheatingtimeandheatingtime.Finally,newportablecoalrapidanalysisofthearchitecturedesignandprocessoftheinstrumentgaveadetailedexpositionanddetailedinstructions.Thesignificanceofthispaperistoproposethedesignofanewportablerapidanalyticalinstruments.Duetothecomplexityoftheanalysisofthecoalindustry,TheSelectedPapersoftheashasanimportantparameterofthetestcoal.Thesignificanceofthispaperistoproposeanewportablefastanalyticalinstrumentdesign.Asaresultofcoalproximateanalysiscomplexity,thispaperselectedashasimportantparameterstestofcoal.3Keywords:portability;microwaveheating;thermogravimetricanalysis;architecturedesign引言煤是我国现阶段的主要能源之一，是冶金、电力、化工等行业的主要燃料，为提高生产效率，如何高效的进行煤炭检测是相关企业普遍关注的问题。随着现代工业化的快速进程，对煤的需求量不断增长，统计数据显示，2011年1-11月，全国煤炭产量累计34.62亿吨，同比增长11.6%，2012年可能破37.9亿吨。而另一方面，煤（焦）质分析的快速性、准确性和安全性并不能满足生产的需要。由于检测时间过长，煤的质量指标常常需要第二天才能反馈到用煤部门，严重影响了后续工艺的安排，甚至可能产生严重事故。目前国内仍然有不少煤炭企业利用汽车运输的方式从煤矿把商品煤拉运到集装站后,再通过火车运输到达港口或直接到达销售用户,但就是在煤矿到集装站的运输过程中,由于在利益的驱使下,存在部分承运商对汽车上站煤在运输中途进行换煤或掺假的现象,即把好煤全部卸下或卸下一部分,然后换为劣质煤或掺入劣质煤以牟取暴利。目前换煤或掺假煤用煤泥水处理后短时间内很难发现,而过一段时间后上站煤与大煤堆混合,即使发现换煤或掺假,也根本找不出作假车辆,故不能有效进行处理。针对上述情况,为有效控制上站煤运输过程中的换煤作假现象,确保上站煤质量,各集装站台应配备了1至2台便携式快速煤质分析仪，测试煤质的灰分以确保煤的质量。早在20世纪60年代，世界各主要产煤国就先后开始研究煤质快速测灰技术。特别是近20年来,煤质监测技术（包括在线技术）的研究取得了突破性进展,并已在工业领域得到广泛应用。国内外目前针对于煤炭、焦炭的灰分的分析仪器主要包括三类：一是基于γ射线的工业分析仪，此类仪器都是采用γ射线或者双能γ射线来探测煤的灰分含量。目前国内的便携式煤质分析仪几乎都是采用这种技术，如HB-YTYMF-6000型和M284361。其缺点是：放射性大，对分析人员的身体构成严重威胁，而且，这类方法的分析精度与煤种及测试煤层厚度有很大相关性，精度波动较大。基于瞬发伽玛中子活化分析法PGNAA（Promptγ-rayNeutronActivationAnalysis)的投资大，技术复杂，不易标定。此类技术是目前市面上的便携式煤质分析仪利用最广的技术。二是基于热分析技术的煤质分析仪，这也是当前国内外研究的一个重点。目前国内的此类仪器都是基于国家标准GB/212-2008而研制的，其缺点仪器操作过于复杂，检测时间长，对于多个4试样的检测，特别是挥发分的检测，需要循环的进行测试，效率低，检测速度慢。三是基于红外光谱的分析技术和激光感生技术，在煤质分析应用方面，目前仍停留在研究阶段，且其对煤种及煤种颗粒大小、颗粒密实程度有很大的要求。是基于γ射线的工业分析仪，此类仪器都是采用γ射线或者双能γ射线来探测煤的灰分含量。目前国内的便携式煤质分析仪几乎都是采用这种技术，如HB-YTYMF-6000型和M284361。其缺点是：放射性大，对分析人员的身体构成严重威胁，而且，这类方法的分析精度与煤种及测试煤层厚度有很大相关性，精度波动较大。基于瞬发伽玛中子活化分析法PGNAA（Promptγ-rayNeutronActivationAnalysis)的投资大，技术复杂，不易标定。此类技术是目前市面上的便携式煤质分析仪利用最广的技术。从以上叙述可以看出，实现煤质在规范精度下的便携式快速准确并且安全的检测是一个非常复杂的问题。本文从便携式煤质分析仪的机构设计着手进行探讨和研究。文章首先通过分析前人研究的结果及其实验数据，总结了煤质热解的相关特性。同时，通过基于热分析技术的具体实验数据分析，得出保证精度条件下可以通过简化测试程序来缩短检测时间的结论。在结构设计上，本文所研究的便携式煤质灰分快速分析仪器采用热分析技术，其炉膛为单炉膛结构，每个称重杆下都连有一个称重传感器。本文所设计的煤质快速分析仪器的主要工艺流程为：升温至81515℃后加热至样品重量恒定。通过本文的阐述，作者在以下方面取得了突破。首先，采用微波加热，减少升温时间，省却降温时段，简化测试步骤，从而能够缩短整个测试时间。其次，通过新的仪器结构设计，使得多试样能够同时测试，并且可同时全程监控样件质量，大大缩短多试样测试时间，并且大大的减少炉膛的体积。本文中提出的便携式煤质分析仪可提高煤质检测的速度与检测的范围，加快燃料环节的运行效率，提高煤的品质监控，这不仅具有可观的经济效益，也具有良好的社会效益。5第一章绪论煤碳的工业分析是煤炭在勘探、开采、洗选、供销、加工和利用过程中对煤质进行分类、计质和计价的重要依据。工业上通常通过对煤的工业分析对煤质进行评价，可以为改善锅炉等用煤设备的设计、运行经济性提供重要的参考；而灰分是工业分析中的重要参数，是煤的质量的重要指标，故本文选取煤的灰分作为仪器测试的参数指标。1.1煤质分析技术的发展动态早在60年代，世界各主要产煤国就